Разработка энергоэффективного композитного материала с улучшенными теплотехническими свойствами

Повышение требований к энергосбережению и теплоизоляции строительных конструкций потребовало изменения подхода к выбору утеплителя, а также к созданию новых теплоизоляционных материалов. При выборе утеплителя следует принимать в расчёт широкий спектр его характеристик. Важными характеристиками являются геометрические параметры, теплопроводность, гидрофобность, огнестойкость, долговечность, удельный вес, однородность, пористость.

Среди представленных современным рынком теплоизоляционных материалов сложно выделить образец с оптимальными характеристиками. Так как большинство существующих материалов оптимизированы лишь по одному свойству, чаще всего по высоким теплотехническим характери- стикам, но не учитывают важный показатель - паропроницаемость материала.

Для исследования был выбран пескобе-тон в который в разных процентных соотношениях по массе вводились гранулы полимера. В качестве полимера был выбран вторично переработанный PLA и HIPS. PLA представляет собой гранулы диаметром 1,75 мм и длиной 4-7 мм, HIPS был выбран в виде кубических гранул со стороной 3 мм. Также было изучено влияние на изменение теплотехнических параметров соединения бетонной части со слоем полимера, структура которого представляет из себя каналы попеременного диаметра, направленные перпендикулярно направлению движения водяного пара в конструкциях перекрытия/покрытия (рис. 1).

Рис. 1. 3D модель полимерного слоя

При введении в структуру бетона полимерных гранул наблюдается скачкообразное снижение прочностных характеристик по сравнению с не модифицированным с

34,9 МПа до 21,41 МПа. При увеличении расхода полимеров также наблюдается непрерывное снижение прочности, в особенности на сжатие (рис. 2).

Без HIPS 2.5% HIPS 5% PLA 2.5 % PLA 5%

модификации

Рис. 2. Результаты испытаний на прочность

Теплотехнические свойства материала при введении полимерных компонентов наоборот, улучшаются, так при введении PLA в количестве 2,5% теплопроводность изменяется с 1,1 Вт/м2*К до 0,643 Вт/м2*К. А совмещение бетона с полимерным пу- стотным слоем снижает теплопроводность с 1,1 Вт/м2*К до 0,304 Вт/м2*К. Комплексное использование PLA 2.5% и полимерного пустотного слоя позволяет снизить теплопроводность до 0,18 Вт/м2*К (рис. 3).

слоем

Рис. 3. Результаты испытаний на теплопроводность

При этом пароизоляционные свойства при введении полимеров ухудшаются с 0,03 мг/(м*ч*Па) до 1,99 мг/(м*ч*Па) (при введении 5% HIPS). Совмещение же бето- на и полимера с воздушными каналами позволяет уменьшить пароизоляцию с 0,03 мг/(м*ч*Па) до 0,016 мг/(м*ч*Па) (рис. 4).

2,5

Рис. 4. Результаты испытаний на паропроницаемость

На основании проведенных испытаний можно сделать вывод о том, что замена «классического» состава перекрытия на инновационный материал, позволит добиться снижения затрат на материалы, а также обеспечить стабильные эксплуатационные свойства материала. Данный материал возможно использовать как в чердачных перекрытиях, так и в междуэтажных, повышая уровень сохранения тепла. В чердачных перекрытиях в зданиях с теплым чердаком, а также в междуэтажных перекрытиях данный композитный утеплитель состава 50 мм пескобетон с 2,5%

PLA и 10 мм полимерный слой можно использовать без дополнительных слоев или как основу под финишный (облицовочный) слой. А в покрытиях зданий с теплым чердаком и в чердачных перекрытиях в зданиях с холодным чердаком – данный композитный материал может быть использован как пароизоляционный слой и основа под теплоизоляционный слой. Снижение тепловых потерь на 58,3 % при использовании разработанного композита, что составляет 149,66 кВт*ч вместо 256,7 кВт*ч по сравнению со стандартным слоем из цементно-песчаного раствора.